SimMechanics術(shù)語翻譯

1、這篇文檔是我學(xué)習(xí)SimMechanics 入門的一篇技術(shù)術(shù)語（Glossary）翻譯，按英文字母順序排列。（我認(rèn)為其中包含有SimMechanics的基本設(shè)定與思想，因此在開始應(yīng)用軟件之初重點(diǎn)學(xué)習(xí)，而學(xué)習(xí)一門新的軟件從翻譯幫助文檔開始是我的一項(xiàng)基本經(jīng)驗(yàn)。）1. 驅(qū)動器（actuator）驅(qū)動器是將Simulink信號轉(zhuǎn)化為SimMechanics信號（力、力矩或運(yùn)動）的機(jī)械元件。l 您可以配置剛體驅(qū)動器（body actuator）以將力或力矩作用到剛體之上，力或力矩可以為時(shí)間的函數(shù)或者以反饋控制的方式施加。l 您可以配置關(guān)節(jié)驅(qū)動器（joint actuator）已將力或力矩作用到連接剛體與剛

2、體之間的運(yùn)動關(guān)節(jié)（joint）處。l 您可以配置運(yùn)動驅(qū)動器（driver actuator），以施加連接驅(qū)動器（driver）兩端的剛體的相對運(yùn)動。還有兩種特殊的驅(qū)動器用來為運(yùn)動服設(shè)置初始條件及摩擦力。驅(qū)動器類型功能剛體驅(qū)動器（Body Actuator）對剛體施加作用力運(yùn)動驅(qū)動器（Driver Actuator）施加時(shí)間約束關(guān)節(jié)驅(qū)動器（Joint Actuator）對關(guān)節(jié)（運(yùn)動關(guān)節(jié)）施加作用力關(guān)節(jié)初始條件驅(qū)動器（Joint Initial Condition Actuator）設(shè)置關(guān)節(jié)初始條件關(guān)節(jié)摩擦驅(qū)動器（Joint Stiction Actuator ）對關(guān)節(jié)設(shè)置動摩擦及靜摩擦SimMe

3、chanics驅(qū)動器模塊采用空心圓形SimMechanics連接端口來連接剛體、關(guān)節(jié)或者運(yùn)動驅(qū)動器模塊；采用尖括號>Simulink輸入端來連接Simulink常規(guī)模塊，比如連接到源模塊來產(chǎn)生力或力矩信號。2. 伴隨坐標(biāo)系（adjoining CS）（待理解）一個(gè)體坐標(biāo)系的伴隨坐標(biāo)系是指位于相連剛體或參照物（ground，大地坐標(biāo)系）上的坐標(biāo)系通過關(guān)節(jié)、約束或是運(yùn)動驅(qū)動器（Driver）直接連接到最初的體坐標(biāo)系。3 裝配組態(tài)（assembled configuration，組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程）裝配組態(tài)是指這樣一種狀態(tài)：機(jī)構(gòu)由它的主組態(tài)（ho

4、me configuration）進(jìn)入它的初始化組態(tài)，并且它的未裝配關(guān)節(jié)全部裝配完成。關(guān)節(jié)的組裝能夠改變剛體及關(guān)節(jié)組態(tài)。4. 已裝配關(guān)節(jié)（assembled joint）已裝配關(guān)節(jié)對連接在其兩端的剛體坐標(biāo)系具有限制作用。l 對于已裝配完成的棱柱關(guān)節(jié)（prismatic joint），被連接的兩個(gè)體坐標(biāo)系的原點(diǎn)必須保證位于棱柱軸上；對于已裝配完成的具有多個(gè)棱柱元素的關(guān)節(jié)，那么兩個(gè)剛體坐標(biāo)系必處于有多個(gè)棱柱軸線方向定義的平面或空間。l 對于已裝配完成的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，兩個(gè)剛體坐標(biāo)系原點(diǎn)必須是相恰的，兩個(gè)剛體相對于同一軸轉(zhuǎn)動。對于由多個(gè)轉(zhuǎn)動元素構(gòu)成的已裝配關(guān)節(jié)，兩個(gè)體坐標(biāo)系原點(diǎn)必須相恰。l 對于已裝配完成

5、的球關(guān)節(jié)，兩體坐標(biāo)系原點(diǎn)必須設(shè)置在球關(guān)節(jié)元素中心，兩個(gè)剛體相對這一公共原點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。您需要為已裝配關(guān)節(jié)的指定裝配容差（assembly tolerance）所有對原點(diǎn)位置限制的最大位置誤差及對剛體運(yùn)動軸方向限制的最大角度誤差。假如距離誤差或角度誤差在運(yùn)動過程中超出裝配容差，則仿真會終止并返回錯(cuò)誤。5.裝配（assembly）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）以裝配的形式表示機(jī)械系統(tǒng)。一個(gè)裝配包含元件（具有完備幾何尺寸的剛體、質(zhì)量及慣性張量等信息）和限制機(jī)構(gòu)自由度的各種約束（有時(shí)稱之為運(yùn)動副）（注：這里關(guān)節(jié)的概念叫運(yùn)動副更為基礎(chǔ)，可以這樣理解運(yùn)動副由幾個(gè)基本的運(yùn)動關(guān)節(jié)組成）。任何一個(gè)裝配都有一個(gè)固定基礎(chǔ)（

6、fundamental root）與裝配坐標(biāo)原點(diǎn)相連，裝配體在一點(diǎn)也可以有一個(gè)或多個(gè)子裝配體，呈分支結(jié)構(gòu)。典型裝配的規(guī)格設(shè)計(jì)包含容差設(shè)計(jì)以及子裝配體的運(yùn)動形式與主裝配體的連接形式等。6.裝配容差（assembly tolerance）裝配容差是用以說明裝配關(guān)節(jié)（assembled joint）原點(diǎn)相恰程度及相對位姿關(guān)系相符程度的范圍。裝配關(guān)節(jié)在兩剛體之間連接兩個(gè)體坐標(biāo)系，并這些體坐標(biāo)系的相對構(gòu)型及運(yùn)動產(chǎn)生約束作用。裝配容差在仿真模擬中設(shè)置允許的體坐標(biāo)系原點(diǎn)的最大位置誤差以及運(yùn)動軸線的最大角度誤差。l 對裝配的棱柱移動元素，每一對體坐標(biāo)系原點(diǎn)必須位于由棱柱軸線定義的子空間內(nèi)，每一對剛體都在這些公

7、共軸上進(jìn)行變換（剛體的運(yùn)動映射為坐標(biāo)的變換）。l 對于裝配的轉(zhuǎn)動元素每一對體坐標(biāo)系原點(diǎn)必須相?。╟ollocated），且它們的相對轉(zhuǎn)軸必須共線，每一對剛體都在繞公共軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。l 對于裝配的球鉸元素，體坐標(biāo)系原點(diǎn)必須相恰，兩剛體在繞這一公共原點(diǎn)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。SimMechanics在仿真開始之前會對模型中所有關(guān)節(jié)進(jìn)行裝配，包括開始未進(jìn)行裝配的關(guān)節(jié)，如果這項(xiàng)工作沒能完成，仿真會終止并返回錯(cuò)誤。如果兩剛體的體坐標(biāo)系錯(cuò)位或運(yùn)動軸線方向偏離到裝配容差所規(guī)定的程度，仿真也會終止并返回錯(cuò)誤。7. 相關(guān)性（associativity）相關(guān)性是CAD裝配體組件之間的一種保持持續(xù)獨(dú)立會話的平行關(guān)系，從中生成物

8、理模型的XML文件，進(jìn)而，有XML文件生成SimMechanics模型。這種關(guān)系保留了CAD結(jié)構(gòu)（零件、幾何運(yùn)動關(guān)系、裝配層次）與相應(yīng)SimMechanics模型的定義及對應(yīng)關(guān)系。這些SimMechanics模型包括：l 剛體及基礎(chǔ)模塊l 關(guān)節(jié)模塊l 連接在關(guān)節(jié)上的坐標(biāo)系l 子系統(tǒng)的層次關(guān)系CAD裝配與SImMechanics模型以這種形式聯(lián)系在一起，若他們沒有聯(lián)系就說他們不相關(guān)。8.軸-角轉(zhuǎn)動（axis-angle rotation）軸-角轉(zhuǎn)動數(shù)學(xué)上表示繞單位向量，以角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，定義轉(zhuǎn)動軸的方向向量及繞軸轉(zhuǎn)動角度符合右手定則，軸有時(shí)成為特征軸（eigenaxis）。轉(zhuǎn)軸方向等效于確定兩個(gè)獨(dú)

9、立角度，而為構(gòu)成轉(zhuǎn)動的第三個(gè)獨(dú)立角度。在虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言（VRML）中，可以用向量表示將剛體轉(zhuǎn)動。9. 基（基體）（base ，base body）基體是關(guān)節(jié)定向時(shí)的概念，關(guān)節(jié)的運(yùn)動方向總是由基（體）到運(yùn)動（體）（follower）關(guān)節(jié)方向規(guī)定了所有關(guān)節(jié)運(yùn)動方向及力/力矩的符號規(guī)則。10.剛體（body）剛體是機(jī)械系統(tǒng)的基本元素，具有如下特性：l 質(zhì)量特性（包含質(zhì)量及慣性張量）l 空間位姿（位置與運(yùn)動方向）l 體坐標(biāo)系（連體坐標(biāo)系）剛體之間由關(guān)節(jié)、約束或運(yùn)動驅(qū)動（driver）連接，剛體不具有任何自由度?？梢詫傮w模塊固連任意數(shù)目體坐標(biāo)系，SimMechanics剛體至少自動在質(zhì)心處擁有一個(gè)體

10、坐標(biāo)系。不同于空心圓形連接端口，體坐標(biāo)系具有特殊的三元基坐標(biāo)系端口，用來表明固連的體坐標(biāo)系。11.體坐標(biāo)系（Body CS）體坐標(biāo)系固結(jié)在剛體之上的局部坐標(biāo)系，與剛體一同運(yùn)動。一般來說，剛體運(yùn)動時(shí)做加速運(yùn)動，因此體坐標(biāo)系定義一種非慣性參考系?？梢詫⑷我舛嗟捏w坐標(biāo)系聯(lián)結(jié)在同一剛體模塊上，可以選擇體坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置及坐標(biāo)軸的方向。區(qū)別于空心圓形連接端口，體坐標(biāo)系具有特殊的三元基坐標(biāo)系端口。通過這一端口可以將這些體坐標(biāo)系連接到關(guān)節(jié)、傳感器及驅(qū)動器模塊。每一個(gè)剛體模塊都自動至少在質(zhì)心處有一個(gè)體坐標(biāo)系。初始設(shè)置下它還有兩個(gè)另外的體坐標(biāo)系用于連接相鄰的關(guān)節(jié)。只要設(shè)置好每一個(gè)體坐標(biāo)系的的原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸方向

11、，仿真過程中體坐標(biāo)系就會剛性地連接剛體內(nèi)部。12.重心（center of gravity）（CG）一個(gè)可擴(kuò)充剛體重心或質(zhì)心指可以在標(biāo)準(zhǔn)重力場中平衡整個(gè)剛體的空間點(diǎn)。傳統(tǒng)動力學(xué)中剛體的全部質(zhì)量可看作集中于這一點(diǎn)。每一個(gè)剛體模塊都自動至少在質(zhì)心處有一個(gè)體坐標(biāo)系質(zhì)心體坐標(biāo)系。仿真過程中，體坐標(biāo)系與運(yùn)動剛體保持固定剛性連結(jié)。13.閉環(huán)機(jī)構(gòu)（closed loop machine）如果從一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，可以沿著機(jī)構(gòu)走一圈又回到起始點(diǎn)，且過程中未發(fā)生跳躍或截?cái)?，那么就說該機(jī)構(gòu)原理圖包含一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。機(jī)構(gòu)閉環(huán)的數(shù)目為通過截?cái)嗍箼C(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為開鏈或樹狀機(jī)構(gòu)的最小截?cái)鄶?shù)。14.相恰關(guān)系（collocation）

12、相恰關(guān)系是指符合裝配容差的空間兩點(diǎn)的一致性。15.復(fù)合關(guān)節(jié)（composite joint）一個(gè)復(fù)合關(guān)節(jié)是指由多個(gè)關(guān)節(jié)元素復(fù)合而成的關(guān)節(jié)，擁有多個(gè)自由度。組成復(fù)合關(guān)節(jié)的的關(guān)節(jié)元素稱為該復(fù)合關(guān)節(jié)的元素。一個(gè)球鉸元素?fù)碛腥S轉(zhuǎn)動自由度，但仍看作為一個(gè)關(guān)節(jié)元素。16.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer-aided design（CAD）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)或平臺提供了一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)境，包括零件（剛體）的完備幾何信息及其空間關(guān)系。這個(gè)環(huán)境中還包含自由度信息及零件的質(zhì)量特性。機(jī)構(gòu)的CAD表現(xiàn)形式是裝配（assembly）。17.連接線（connection line）連接線將SimMechanics模塊連接

13、在一起，這些連接線僅在SimMechanics模塊中起作用。與常規(guī)Simulink連接線不同，它們不傳遞信號，也不能引出分支。不能直接與Simulink連接線相連。初始條件下，在未連接端口時(shí)，連接線呈紅色虛線狀態(tài)，當(dāng)把它們連接在一起，連接線會呈黑色實(shí)線。然而，如果在從模型格式（format）菜單的采樣時(shí)間顯示中選擇非空選項(xiàng)，連接線可以以任意選中顏色顯示采樣時(shí)間。18.連接端口（connector port）連接端路是連接線的錨節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)SimMechanics模塊都擁有一個(gè)或多個(gè)空心圓形端口用于連接其他SimMechanics模塊。這些端口只能在連接到其他SimMechanics模塊的圓形端

14、口，當(dāng)連接線連接到端口是空心端口會變?yōu)閷?shí)心端口。SimMechanics元件庫中的連接端口模塊用來為子系統(tǒng)在其邊界創(chuàng)建一個(gè)整體的圓形連接端口。19.受限關(guān)節(jié)（constrained joint）受限關(guān)節(jié)是一類存在內(nèi)部約束限制其關(guān)節(jié)元素的復(fù)合關(guān)節(jié)。受限關(guān)節(jié)的一個(gè)例子是螺旋模塊，這一模塊中存在移動關(guān)節(jié)元素及轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)元素，但運(yùn)動之間存在固定的比率，因此只有一個(gè)獨(dú)立自由度。20.約束（constraint）約束是獨(dú)立于任何施加的力/力矩的自由度間的限制條件。約束消除了一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立自由度（除非這個(gè)約束是多余的），并限制了自由度，否則剛體不能運(yùn)動。約束也可能對施加的力或力矩產(chǎn)生不連續(xù)性，并導(dǎo)致仿真錯(cuò)誤。

15、l 約束是運(yùn)動學(xué)的：他們只能是關(guān)于坐標(biāo)和（或）速度的關(guān)系。坐標(biāo)的高階導(dǎo)數(shù)（加速度等）由牛頓力或力矩定律決定，不能成為獨(dú)立的約束。l 約束可以是完整的（可積分成僅關(guān)于坐標(biāo)的關(guān)系）也可以是非完整的（不可積，不可避免含有速度項(xiàng)）。l 約束規(guī)定了運(yùn)動學(xué)關(guān)系可以是時(shí)間的顯式函數(shù)（非定常的，rheonomic）或相反（定常的，scleronomic）SimMechanics約束模塊表示定常約束，運(yùn)動驅(qū)動器（Driver）表示非定常約束。約束模塊及運(yùn)動驅(qū)動器模塊連接在剛體模塊之間l 在SimMechanics中擁有閉環(huán)且每一環(huán)路中僅含有一個(gè)關(guān)節(jié)、約束的結(jié)構(gòu)將會內(nèi)部截?cái)嗖⒁圆豢梢姷亩ǔ；蚍嵌ǔ＜s束來取代。l

16、如果約束獨(dú)立地對機(jī)構(gòu)施加相同限制，那么約束是冗余的。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)裝配中，約束限制了裝配零件的一個(gè)或多個(gè)自由度。（CAD中約束有時(shí)稱作運(yùn)動副。）當(dāng)CAD裝配體轉(zhuǎn)化成SimMechanics模型，這些被限制的自由度轉(zhuǎn)化成具體關(guān)節(jié)（SimMechanics中剛體不具有任何自由度）（待理解，將自由度全部轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)的屬性，而剛體不計(jì)自由度）21.凸包（convex hull）空間點(diǎn)集的凸包定義為以凸曲率的最小面積將點(diǎn)集中的所有點(diǎn)都包含在內(nèi)的曲面。在三維空間內(nèi)點(diǎn)集至少包含四個(gè)不共面的點(diǎn)來構(gòu)成一個(gè)非零的封閉體積。凸包是SimMechanics剛體可視化的一個(gè)選項(xiàng)。點(diǎn)集為剛體模塊內(nèi)配置的所有固結(jié)的體坐標(biāo)系

17、原點(diǎn)的集合，機(jī)構(gòu)整體可視化是其所有剛體構(gòu)件凸包的集合。SimMechanics包含剛體質(zhì)心坐標(biāo)系。如果一個(gè)剛體只含有少于四個(gè)不同的，不共面的體坐標(biāo)系，那么其凸包具有低階維度圖像特征：l 三個(gè)不同的體坐標(biāo)系產(chǎn)生一個(gè)無體積的平面三角形l 兩個(gè)不同的體坐標(biāo)系產(chǎn)生一條無面積的直線l 只有唯一的體坐標(biāo)系產(chǎn)生一個(gè)無長度的點(diǎn)22.坐標(biāo)系（coordinate system（CS）坐標(biāo)系是定義在特性參照系下的幾何對象，它通過選擇坐標(biāo)原點(diǎn)坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行定義，設(shè)想為正交笛卡爾坐標(biāo)系。連結(jié)與坐標(biāo)系的觀測點(diǎn)相對于原點(diǎn)測量距離；相對于坐標(biāo)軸確定方向。SimMechanics軟件支持兩類坐標(biāo)系類型：l 世界坐標(biāo)系：全局

18、或絕對慣性坐標(biāo)系CAD裝配體的裝配原點(diǎn)轉(zhuǎn)化來的模型成為世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)l 局部坐標(biāo)系：u 地面坐標(biāo)系u 體坐標(biāo)系，包括質(zhì)心坐標(biāo)系CAD裝配體中的CAD零件上的約束點(diǎn)轉(zhuǎn)換來的模型成為固結(jié)在剛體體坐標(biāo)系的原點(diǎn)用以表示這一零件局部坐標(biāo)系有時(shí)稱為工作參照系（working frame）23.自由度（degree of freedom（DoF）單自由度定義為兩個(gè)物體之間相對運(yùn)動的單一坐標(biāo)軸。只有當(dāng)這一坐標(biāo)可以不受約束或不被強(qiáng)制運(yùn)動地對外加力或力矩做出響應(yīng)是才被認(rèn)為是自由的。對移動運(yùn)動來說，單自由度是一個(gè)沿單一方向線性坐標(biāo)軸。對于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，單自由度是一個(gè)沿固定軸向的角坐標(biāo)軸。棱柱移動關(guān)節(jié)元素表示一個(gè)單一的

19、移動自由度。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)元素代表單一轉(zhuǎn)動自由度。球鉸關(guān)節(jié)元素代表了轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)軸的形式表示了三個(gè)轉(zhuǎn)動自由度，焊接（weld）元素表示零自由度。24.方向?qū)傩裕ㄕ较颍╠irectionality）關(guān)節(jié)、約束、運(yùn)動驅(qū)動的方向?qū)傩砸?guī)定其前向運(yùn)動的方向。關(guān)節(jié)方向?qū)傩杂申P(guān)節(jié)連接剛體的順序及關(guān)節(jié)軸向量來設(shè)定。一個(gè)剛體為基體，另一個(gè)為從屬體（follower body）關(guān)節(jié)方向由基體指向從屬體，規(guī)定了關(guān)節(jié)向量的符號。翻轉(zhuǎn)基體和從屬體次序或者調(diào)轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)向量方向都會調(diào)轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的前向運(yùn)動方向。關(guān)節(jié)方向?qū)傩栽O(shè)定了所有關(guān)節(jié)運(yùn)動及施加力或力矩?cái)?shù)值的正方向。約束和運(yùn)動驅(qū)動器的的方向?qū)傩耘c關(guān)節(jié)方向?qū)傩韵嗨?，不同之處在于沒有關(guān)節(jié)軸性規(guī)

20、定，只是基體與從屬體的順序的影響。25.未裝配關(guān)節(jié)未裝配關(guān)節(jié)是指機(jī)構(gòu)中不需要遵從裝配容差的關(guān)節(jié)。具體來講l 對于未裝配移動元素，體坐標(biāo)系原點(diǎn)不必位于移動軸上。l 對于未裝配轉(zhuǎn)動元素，體坐標(biāo)系原點(diǎn)不必相恰l 對于未裝配球鉸元素，體坐標(biāo)系原點(diǎn)不必相恰SimMechanics仿真之處試圖對機(jī)構(gòu)中所有未裝配關(guān)節(jié)進(jìn)行裝配，如果失敗則仿真停止并返回錯(cuò)誤。未裝配關(guān)節(jié)僅能在閉環(huán)結(jié)構(gòu)中使用，并且每個(gè)環(huán)路最多用一個(gè)。26.運(yùn)動驅(qū)動器（driver）運(yùn)動驅(qū)動器是一類約束作為時(shí)間的顯式函數(shù)（時(shí)變約束）對自由度進(jìn)行限制，并且這種限制獨(dú)立于任何外界施加的力或力矩。運(yùn)動驅(qū)動器會消除一個(gè)或更多的自由度除非與施加力/力矩沖突，

21、導(dǎo)致仿真錯(cuò)誤?？梢酝ㄟ^運(yùn)動驅(qū)動器驅(qū)動（driver actuator）以輸入Simulink信號的方式設(shè)置驅(qū)動時(shí)間函數(shù)。SimMechanics 運(yùn)動驅(qū)動器模塊可連接與兩剛體模塊之間。27動力學(xué)（dynamics）動力學(xué)區(qū)別于運(yùn)動學(xué)之處在于明確規(guī)定了施加力/力矩以及剛體質(zhì)量屬性。具體來說機(jī)構(gòu)的正向動力學(xué)包括：l 剛體連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)l 自由度及自由度間的約束l 作用在所有剛體上的所有力/力矩l 所有剛體質(zhì)量屬性（包含質(zhì)量及慣性張量）l 所有自由度的初始條件：初始線性坐標(biāo)及初速度初始角坐標(biāo)及速度仿真分析會通過解牛頓定律來得到系統(tǒng)之后的運(yùn)動狀態(tài)逆向動力學(xué)大體相同，不同之處在于系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)定好之后求出

22、產(chǎn)生這些運(yùn)動所需的力/力矩。28.等效橢球（equivalent ellipsoid）剛體的等效橢球，中心為剛體重心并具有與剛體相同主慣性矩與慣性主軸的均質(zhì)固體橢球。而勻質(zhì)固體橢球是具有三個(gè)不同主慣性矩的最簡單剛體模型。每一個(gè)剛體都具有唯一的等效橢球，但給出一個(gè)橢球會對應(yīng)無限多形狀更為復(fù)雜的剛體形態(tài)與之對應(yīng)。剛體的旋轉(zhuǎn)動力學(xué)只取決于其等效橢球（規(guī)定了剛體的慣性主軸及主慣性矩），而非其它形狀上的具體細(xì)節(jié)。等效橢球是SimMechanics剛體可視化的一個(gè)選項(xiàng)。29.歐拉角（Euler angles）歐拉角在數(shù)學(xué)上將一個(gè)三維的球面轉(zhuǎn)動表示成為三個(gè)連續(xù)獨(dú)立轉(zhuǎn)動的乘積形式。其中三個(gè)轉(zhuǎn)動分別以三個(gè)獨(dú)立角

23、度（歐拉角）繞三個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)軸進(jìn)行。按照歐拉角規(guī)定：1. 圍繞一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)其他兩軸）2. 然后圍繞第二軸轉(zhuǎn)動（轉(zhuǎn)動由其現(xiàn)有位姿開始）區(qū)別于第一軸3. 最后，圍繞區(qū)別于第二軸的軸轉(zhuǎn)動因此存在3*2*2=12種可能的歐拉角轉(zhuǎn)動順序。30固定零件（fixed part）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）中裝配體或子裝配體的固定零件是指：固定于裝配體或子裝配體根（root）的零件。固定零件不能相對根運(yùn)動。31.隨動體（follower /follow body）關(guān)節(jié)指向的剛體稱為隨動體，關(guān)節(jié)的方向性由基體指向隨動體。關(guān)節(jié)的方向性設(shè)定了所有關(guān)節(jié)運(yùn)動的方向及力/力矩?cái)?shù)值的正向含義。32.基礎(chǔ)（fundamental

24、 root）基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的不動點(diǎn)，通常與裝配原點(diǎn)重合，所有零件的移動和轉(zhuǎn)動都是相對與這一不動點(diǎn)的。由CAD生成模型中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的裝配原點(diǎn)由世界坐標(biāo)系原點(diǎn)來取代。33.地面（ground）地面或地面點(diǎn)是指固定且相對靜止于絕對或全局慣性參考系的點(diǎn)每一個(gè)地面都含有一個(gè)相應(yīng)的地面坐標(biāo)系，地面坐標(biāo)系的原點(diǎn)定義為地面點(diǎn)。34地面坐標(biāo)系（ground CS）地面坐標(biāo)系是固結(jié)與地面點(diǎn)的局部坐標(biāo)系。地面坐標(biāo)系相對于世界靜止，但其原點(diǎn)為地面點(diǎn)，一般來說不同于世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)。地面點(diǎn)坐標(biāo)軸總是相對于世界坐標(biāo)軸靜止。世界坐標(biāo)軸定義如下：+x指向右面；+y指向上面（重力場指向-y方向上）+z在三維空間里

25、指向屏幕外。當(dāng)使用地面模塊式會自動創(chuàng)建一個(gè)地面坐標(biāo)系。35.初始模態(tài)（home configuration）機(jī)構(gòu)的剛體處于其初始模態(tài)是指這些剛體位姿僅有對話框設(shè)置決定，改模態(tài)下假定剛體運(yùn)動速度為零。36慣性張量（inertia tensor）一個(gè)可擴(kuò)展剛體的慣量或稱慣性矩張量描述了其內(nèi)部質(zhì)量分布及剛體角加速度對受到力矩的響應(yīng)。設(shè)表示剛體質(zhì)量，表示其質(zhì)量密度，以剛體內(nèi)部一點(diǎn)位置矢量函數(shù)的形式表達(dá)，則慣性張量I的分量為：下標(biāo)i,j取1,2,3或x,y,z 慣性張量為實(shí)對稱三階方陣或其他MATLAB等效表達(dá)式。SimMechanics中剛體慣性張量總是以其剛體重心坐標(biāo)系（CG CS）來計(jì)算。即計(jì)算坐

26、標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在剛體重心，坐標(biāo)軸方向?yàn)閯傮w重心坐標(biāo)系（CG CS）軸方向。由于仿真過程中一個(gè)剛體模塊的CG CS固結(jié)與剛體本身，故慣性張量的值不隨剛體的轉(zhuǎn)動而變化。37.初始條件驅(qū)動（initial condition actuator）初始條件驅(qū)動與系統(tǒng)中所有約束保持一致，以非動力學(xué)方式設(shè)置系統(tǒng)自由度，為系統(tǒng)的動力學(xué)積分做準(zhǔn)備。初始條件作用于SimMechanics的關(guān)節(jié)元素。38初始模態(tài)（initial configuration）當(dāng)所有初始驅(qū)動均施加到關(guān)節(jié)上時(shí)稱機(jī)構(gòu)處于初始模態(tài)，這個(gè)步驟中可以改變機(jī)構(gòu)剛體的位置和姿態(tài)，同時(shí)，也可用于非零初始速度。39.關(guān)節(jié)（joint）關(guān)節(jié)是機(jī)構(gòu)組成的一部分，

27、代表兩個(gè)剛體之間一個(gè)或多個(gè)機(jī)械自由度。在SimMechanics界面里關(guān)節(jié)連接在兩個(gè)剛體之間。關(guān)節(jié)不具有質(zhì)量特性（質(zhì)量、慣性張量），作用在關(guān)節(jié)兩端的作用力大小相同方向相反。關(guān)節(jié)元素是指單自由度移動或轉(zhuǎn)動，球面運(yùn)動（在軸角轉(zhuǎn)動形式中由三個(gè)轉(zhuǎn)動自由度構(gòu)成）。移動和轉(zhuǎn)動元素具有運(yùn)動軸向量。焊接元素?zé)o自由度。只含有一個(gè)關(guān)節(jié)元素的關(guān)節(jié)成為元素關(guān)節(jié)，復(fù)合關(guān)節(jié)含有多于一個(gè)的關(guān)節(jié)元素。關(guān)節(jié)具有方向?qū)傩?，這由關(guān)節(jié)的基體到隨動體順序及關(guān)節(jié)元素軸向量共同決定，規(guī)定了所有機(jī)構(gòu)運(yùn)動和力的符號規(guī)則。40.運(yùn)動學(xué)（kinematics）運(yùn)動學(xué)分析是指：在不考慮剛體所受作用力及質(zhì)量特性的條件下，分析系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、自由度、運(yùn)

28、動、約束等。某時(shí)刻對線性移動或轉(zhuǎn)動自由度，機(jī)構(gòu)狀態(tài)是所有剛體：l 瞬時(shí)位置姿態(tài)l 瞬時(shí)速度的集合。而在動力學(xué)中，將考慮作用力并解出系統(tǒng)運(yùn)動隨時(shí)間變化規(guī)律。41.局部坐標(biāo)系（local CS）局部坐標(biāo)系固結(jié)與地面或剛體之上。l 當(dāng)使用地面模塊表達(dá)地面點(diǎn)時(shí)，一個(gè)地面坐標(biāo)系便自動生成，并且地面坐標(biāo)系總是與世界參照系相對靜止。但地面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所定義的地面點(diǎn)一致，通常不同于世界坐標(biāo)系原點(diǎn)。l 當(dāng)配置剛體特性時(shí)可定義一個(gè)或多個(gè)體坐標(biāo)系，體坐標(biāo)系剛性的固結(jié)與剛體之上，并隨剛體一起運(yùn)動。為了體現(xiàn)附加坐標(biāo)系統(tǒng)剛體模塊采用三基軸端口，替代圓形空心端口。42.機(jī)構(gòu)（machine）在SimMechanics中，

29、一個(gè)機(jī)構(gòu)是一個(gè)表示機(jī)械系統(tǒng)的完整的，由模塊相互連接的結(jié)構(gòu)圖。模型中，機(jī)構(gòu)拓?fù)涞貐^(qū)別于其他模型，至少含有一個(gè)地面模塊，以及唯一含有機(jī)構(gòu)環(huán)境模塊。43.機(jī)構(gòu)精度約束（machine precision constraint）機(jī)構(gòu)精度約束將受約束自由度的限制條件作用于計(jì)算機(jī)處理器算法的精度。機(jī)構(gòu)精度約束是最穩(wěn)定，計(jì)算得最集中的，仿真最慢的約束。約束的精度始終依賴于尺寸及物理系統(tǒng)的單位。44.質(zhì)量（mass）質(zhì)量是作用在剛體上的力與其因此而產(chǎn)生的加速度的比值。設(shè) 為剛體體積， 表示質(zhì)量密度，剛體位置矢量的函數(shù)，則剛體質(zhì)量為：剛體質(zhì)量為整實(shí)數(shù)標(biāo)量，或其他等效MATLAB表達(dá)。剛體的質(zhì)量與參考系的選擇，坐

30、標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)軸方向無關(guān)。45. 輕質(zhì)連接（massless connector）輕質(zhì)連接是一類機(jī)構(gòu)組成元件，等效于兩個(gè)關(guān)節(jié)各自的元素軸空間上被分開一定距離?？梢蚤g隙距離及分離的軸線。自由度之間由輕質(zhì)結(jié)構(gòu)連接?？梢则?qū)動或檢測輕質(zhì)連接。46.開式機(jī)構(gòu)（open machine）對于開式機(jī)構(gòu)，可以通過切斷不多于一個(gè)的關(guān)節(jié)將其分成兩部分。這類機(jī)構(gòu)可分為兩類：l 開式鏈狀機(jī)構(gòu)：剛體通過關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成拓?fù)渖系刃橐粭l直線。l 開式樹狀機(jī)構(gòu)：剛體由關(guān)節(jié)串聯(lián)，其中至少一個(gè)剛體連接多余兩個(gè)關(guān)節(jié)。連接多于兩個(gè)關(guān)節(jié)的剛體定義為樹狀結(jié)構(gòu)的分叉點(diǎn)。截?cái)喾植纥c(diǎn)樹狀結(jié)構(gòu)可以分解成多個(gè)鏈狀機(jī)構(gòu)。鏈末端的剛體只連接有一個(gè)關(guān)節(jié)。4

31、7.零件（part）在CAD中零件表示一個(gè)剛體，在CAD表達(dá)中，一個(gè)零件包含完備的尺寸，質(zhì)量及慣性張量信息。CAD中約束（或稱為運(yùn)動副）限制剛體的自由度。轉(zhuǎn)化為SimMechanics模型后，用剛體表示零件。48.物理樹（physical tree）通過去除完整機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器、傳感器，并將每個(gè)閉環(huán)截?cái)嘁淮慰梢缘玫綑C(jī)構(gòu)的物理樹狀表達(dá)。物理樹保留剛體，關(guān)節(jié)，約束，運(yùn)動驅(qū)動器。49.原始關(guān)節(jié)（primitive joint）針對朝一個(gè)方向直線運(yùn)動（棱柱副移動關(guān)節(jié)）和圍繞固定軸的轉(zhuǎn)動（轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)），原始關(guān)節(jié)表達(dá)了單自由度或單坐標(biāo)運(yùn)動。SimMechanics中球面關(guān)節(jié)也被當(dāng)做原始關(guān)節(jié)（包含三個(gè)自由度，其中

32、兩個(gè)用于確定轉(zhuǎn)軸方向，一個(gè)用于確定轉(zhuǎn)角）。這三類原始關(guān)節(jié)為構(gòu)成復(fù)合關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)元素。焊接原始關(guān)節(jié)無自由度。50.主軸（principal axes）剛體具有實(shí)對稱的慣性張量，因此慣性張量可對角化，從而產(chǎn)生三個(gè)實(shí)特征值及三個(gè)相互正交的特征向量。剛體的主軸就是這些特征向量。51.主慣性矩（principal inertial moments）剛體慣性張量是實(shí)對稱的，對角化之后產(chǎn)生三個(gè)特征值及三個(gè)正交的特征向量。主慣性矩就是指這三個(gè)特征值，也就是當(dāng)慣性張量對角化后的對角線元素。實(shí)際物體的主慣性矩滿足三角不等式：任意兩矩之和大于等于第三矩。若三個(gè)主慣性矩中有兩個(gè)相等則剛體具有某種對稱性，動力學(xué)上等效于對

33、稱陀螺，若三個(gè)主慣性矩均相等，則剛體等效為球體。52.四元數(shù)（quaternion）數(shù)學(xué)上，四元數(shù)以具有單位長度的四維行向量來表示一個(gè)三維球面轉(zhuǎn)動：且，向量為三維單位向量： 。單位向量n 規(guī)定了軸的方向，繞軸轉(zhuǎn)角 遵從右手定則。轉(zhuǎn)動的軸角表示方式可寫成53.參照系（reference，RF）參照系觀察者的運(yùn)動狀態(tài)。一系列無加速度相對勻速運(yùn)動的慣性參考系構(gòu)成了參照系的集合，慣性參照系為該集合中的某一元素。這一集合定義了慣性空間。一個(gè)參照系必要但不充分地定義了一個(gè)坐標(biāo)系（CS），定義坐標(biāo)系需要指出原點(diǎn)位置及三個(gè)正交坐標(biāo)軸的方向。54.右手定則右手定則是規(guī)定轉(zhuǎn)動符號正負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)約定：右手拇指指向轉(zhuǎn)軸正

34、向時(shí)，手指曲向轉(zhuǎn)動正方向55.基礎(chǔ)體（root body）基礎(chǔ)體是由CAD裝配體轉(zhuǎn)化得到的SimMechanics模型。在這一轉(zhuǎn)化模型中，模塊序列地面（Ground） 基礎(chǔ)固連（Root Weld） 基礎(chǔ)體（Root Body）；基礎(chǔ)體（Root Body） 基礎(chǔ)固連（Root Weld） 固定體（Fixed Body）分別表示了CAD裝配體的基礎(chǔ)及子裝配體的基礎(chǔ)。在CAD裝配體中，（子）裝配體基礎(chǔ)定義了一個(gè)參考點(diǎn)，裝配體所有零件的運(yùn)動都相對于該參考點(diǎn)進(jìn)行測量。基礎(chǔ)通常與裝配原點(diǎn)相同。56.旋轉(zhuǎn)矩陣（rotation matrix）旋轉(zhuǎn)矩陣以一個(gè)3×3實(shí)正交矩陣R來表達(dá)空間三維轉(zhuǎn)動。

35、旋轉(zhuǎn)矩陣R滿足：，其中I為單位矩陣，為R的轉(zhuǎn)置矩陣。一般來講，R需要三個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)角來完全確定一個(gè)轉(zhuǎn)動，有很多種方法表示這三種獨(dú)立轉(zhuǎn)角，這里是其中兩種：l 構(gòu)造三個(gè)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)矩陣：，每一個(gè)代表單一獨(dú)立轉(zhuǎn)動。然后，以乘積形式合成相對固定坐標(biāo)軸（比如世界參照系）的完整旋轉(zhuǎn)矩陣：，這三個(gè)角度稱為歐拉角。l 也可以將旋轉(zhuǎn)矩陣表示成軸角轉(zhuǎn)動的形式，和，其中。三個(gè)獨(dú)立的角度分別為以及n定向所需要的兩個(gè)角度，形成如下反對稱矩陣：采用羅德里格斯公式可對R進(jìn)行簡化：57.傳感器（sensor）傳感器是指可用于測量剛體或關(guān)節(jié)運(yùn)動或作用力的機(jī)械元件，傳感器也可以測量一對剛體間的約束（constraint）或運(yùn)動驅(qū)動器（driver）的作用力。SimMechanics傳感器模塊具有圓形空心連接端口用于連接剛體或關(guān)節(jié)模塊；尖括號連接端口，用于連接常規(guī)Simulink模塊，比如端子模塊示波器。58.生成樹（spanning tree）將完整的機(jī)構(gòu)模型去除剛體及關(guān)節(jié)以外的元件，并將每個(gè)閉環(huán)截?cái)嘁淮?，就得到了生成樹表達(dá)形式。59.穩(wěn)定化約束（stabilizing constraint）穩(wěn)定化約束通過調(diào)整系統(tǒng)動力學(xué)來完成被約束自由度上的運(yùn)動限制，所以該約束流形上是吸引的，不改變約束的解。約束求解器類型在計(jì)算上是低集中度、低魯棒性和高求解速度的。約束計(jì)算精度取決于尺寸矩物理系統(tǒng)的單位。60.摩擦驅(qū)動器摩